1 火法冶金技术讲义 —— —— 铜锍吹炼技术. 2 造锍熔炼产出的液态冰铜通常经过吹炼产出粗铜。其原 理是利用空气中的氧，将冰铜中的铁和硫几乎全部氧化除 去，同时除去部分杂质，然后吹风氧化部分铜， Cu 2 S 和 Cu 2 O 作用得到粗铜。 铜锍吹炼是为周期性作业，可分为两个阶段：  第一阶段：造渣期，主要进行.

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1 1 火法冶金技术讲义 —— —— 铜锍吹炼技术

2 2 造锍熔炼产出的液态冰铜通常经过吹炼产出粗铜。其原 理是利用空气中的氧，将冰铜中的铁和硫几乎全部氧化除 去，同时除去部分杂质，然后吹风氧化部分铜， Cu 2 S 和 Cu 2 O 作用得到粗铜。 铜锍吹炼是为周期性作业，可分为两个阶段：  第一阶段：造渣期，主要进行 FeS 的氧化和造渣反应；  第二阶段：造铜期，主要进行 Cu 2 S 的氧化及 Cu 2 S 和 Cu 2 O 的相互反应，最终获得粗铜。 造渣期根据情况加入冰铜和石英溶剂，并间断地排放 炉渣。造铜期无需加溶剂，不产出炉渣。 3.1 概述 3 吹炼铜锍

3 3 冰铜吹炼过程发生的反应，概括起来可分为三种： (1) 热力学分析 3.2 铜锍吹炼的基本原理础

4 4 硫化物与氧 (a) 、硫化物与氧化物 (b) 反应的 ΔG 0 -T 关系图 (a)(b)

5 5 FeS (l) + Cu 2 O (l) = Cu 2 S (l) + FeO (l) ΔG 0 = -105437-85.48T (J) 此反应的 ΔG 0 在所有熔炼温度范围内都有很大负值。 表明有 FeS 存在时， Cu 2 O 不可能稳定存在，必然被硫化成 Cu 2 S 。只有当 FeS 完全氧化除去后， Cu 2 S 和 Cu 2 O 的相互反 应才能进行，这就是冰铜吹炼分两个阶段的热力学依据。 造锍反应：

6 6 ① FeS (1) 冰铜吹炼过程中各组分的变化规律 表 2-13 吹炼过程中铁化合物的 ΔG 0

7 7 从表 2-13 中可以看出： a. FeS 可氧化成 FeO 或 Fe 3 O 4 ，两个反应的热力学趋势相近。 这表明吹炼过程中熔体内的 Fe 3 O 4 既可由 FeS 氧化产出，也 可由 FeO 进一步氧化产出； b. 无 SiO 2 时， Fe 3 O 4 很难被 FeS 还原，而 SiO 2 存在时，很容 易反应生成铁橄榄石炉渣。在实际生产中由于 Fe 3 O 4(S) 、 FeS (l) 和 SiO 2(S) 的接触不良， Fe 3 O 4 不能被彻底还原，导致炉 渣中含量升高，一般达到 12~25% 。渣中 Fe 3 O 4 对渣性质影 响很坏，因此一定要控制它的生成和析出。

8 8 图 2-32 不同 SiO 2 含量下，冰铜品位对 α Fe 3 O 4 的影响 影响 Fe 3 O 4 生成的因素 有熔体温度、 p SO 2 、 α FeO 和 α FeS 等。在实际操作中 熔体温度和 p SO 2 变化不大， α FeO 与炉渣中的 SiO 2 的含 量有关， α FeS 与冰铜品位 有关，所以最终影响 Fe 3 O 4 生成的主要因素是 渣中 SiO 2 含量和冰铜品 位。 T=1573K ， p SO2 =10132.5Pa

9 9 ② Cu 2 S 的行为  在造渣期，由于 FeS 的存在， Cu 2 S 基本不氧化，即使局 部有一些氧化，但立即被 FeS 硫化成 Cu 2 S 。  在造铜期， Cu 2 S 首先被 O 2 氧化成 Cu 2 O ： 2Cu 2 S (l) + 3O 2 = 2Cu 2 O (l) + 2SO 2 生成的 Cu 2 O 与 Cu 2 S 反应生成金属铜： 2Cu 2 S (l) + Cu 2 O (l) = 6Cu (l) + SO 2

10 10 ③ Ni 3 S 2  在造渣期，由于 FeS 的存在，氧化的 NiO 在 1573K 以上温 度下，被硫化成硫化镍。  在造铜期，由于炉内温度达不到 Ni 3 S 2 和 NiO 向与反应的 温度，所以不能产生金属镍。但当有大量铜和 Cu 2 O 时， 有少量的 Ni 析出，因此吹炼过程难以将镍大量除去。 Ni 3 S 2(l) + 4Cu (l) = 3Ni + 2Cu 2 S (l) Ni 3 S 2(l) + 4Cu 2 O (l) = 8Cu + 3Ni + 2SO 2

11 11 ④ CoS CoS 是在冰铜 FeS 含量非常低时才被氧化。当冰铜中含 铁量低于 10 ％时， CoS 开始强烈氧化造渣。也就是说造渣 期末期开始才开始氧化。因此工业上把造铜期的转炉渣作 为提钴的原料。 ⑤ ZnS 在造渣期， ZnS 被 O 2 或 FeO 氧化成 ZnO ，然后与 SiO 2 造 渣。这一部分的锌占冰铜锌总量的 70~80% 。 15~20% 的 Zn 按下列反应生成锌蒸气进入炉气。 2ZnO + ZnS = 3Zn (g) + SO 2 ZnS + 2Cu = Cu 2 S + Zn (g)

12 12 ⑥ PbS PbS 的氧化是在 FeS 之后、 Cu 2 S 之前进行。生成的 PbO 容 易与 SiO 2 造渣。部分 PbS 被炉气带走，有一部分 PbS 与 PbO 反应生成金属铅。生成的 Pb 一部分进入烟气中，大部分留 在 Cu 2 S 中，到造铜期才被氧化。 ⑦ Bi 2 S 3 Bi 2 S 3 在吹炼过程中大部分被氧化为 Bi 2 O 3 ，生成的 Bi 2 O 3 与 Bi 2 S 3 反应生成金属铋。铋大部分进入烟气中，少量留 在冰铜中。

13 13 ⑧ As 和 Sb 这两种元素的硫化物大部分氧化成 As 2 O 3 和 Sb 2 O 3 ，少量 被氧化成 As 2 O 5 和 Sb 2 O 5 进入炉渣。只有少量铜的砷化物和 锑化物留在粗铜中。 ⑨ 贵金属 在吹炼过程中，冰铜中的 Au 、 Ag 以金属形态留在粗铜 中。

14 14 3.3 转炉吹炼

15 15 3.3.1 P-S 转炉结构

16 16 3.3.1 转炉结构 炉壳及内衬 炉口 风口

17 17 转炉

18 18 炉口

19 19

20 20 50T 转炉

21 21 加冰铜

22 22 86T 转炉

23 23 110T 转炉

24 24 3.3.4 转炉吹炼实践 在吹炼操作时，把炉子转到停风位置，装入第一批铜 锍，装锍量以使吹炼时风口浸入液面下 200mm 左右为 宜。然后旋转炉体至吹风位置，边旋转边吹风，吹炼 数分钟后加石英熔剂。当温度升高到 1200 ～ 1250 ℃以 后，把炉子转到停风位置，加入冷料。当炉渣造好后， 旋转炉子放渣，之后再加铜锍。 筛炉 —— 即最后一次除去熔体内残留的 Fes ，倒出最后 一批渣的过程。筛炉期间石英熔剂的加入量应严格控 制，每次少量加，多加几次，防止过量。

25 25 筛炉后继续鼓风吹炼进入造铜期，这时不向炉内加铜 锍，也不加熔剂。当炉温高于所控制的温度时，可向 炉内加适量的残极和粗铜等。 造铜期结束，要准确判断出铜时机。 出铜时，转动炉子加入一些石英，以便挡住氧化渣。 倒铜时应当缓慢均匀。出完铜后迅速捅风口，清除结 块，然后装入铜锍，开始下一炉次的吹炼。 1. 吹炼的作业制度 转炉的吹炼制度有三种：单炉吹炼、炉交换吹炼和期交 换吹炼。目前国内多采用单台炉吹炼和炉交换吹炼，只 有贵冶采用期交换吹炼。

26 26 熔剂（石英）粒度适中，如 8 ～ 50t 转炉用的石英一般为 5 ～ 25mm ； 50 ～ 100t 转炉一般为 25 ～ 30mm ，不宜大于 50mm 。均匀加入，不多加不少加。 冷料加入时机、数量与炉温、供热情况相适应。 造渣期化学反应放出的热量多于造铜期，因此造渣期加 入的冷料量通常多于造铜期。 造渣期的冷料可以是铜锍包子结块、转炉喷溅物、粗铜 火法精炼炉渣、金银熔铸炉渣、溜槽结壳、烟尘结块以 及富铜块矿等。造铜期使用的冷料有粗铜块和电解残极 等。 2. 转炉吹炼加料

27 27 3. 吹炼产物排放 铜锍转炉吹炼的主要产物是粗铜和转炉渣，其品位、 杂质含量与炼铜原料、熔剂和加入的冷料有关。

28 28 排渣操作 转炉放渣作业要求尽量地把造渣期所造好的渣排出炉 口，避免大量的白铜锍混入渣包，即减少白铜锍的返 炉量。放渣操作应注意： (1) 放渣前，要求下炉口宽且平，避免放渣时，渣流 分层或分股。若炉口黏结严重，应在停风之快速修整。 (2) 炉前放好渣包，渣包内无异物，也不可放得太满 ( 渣面离包沿约 200mm) 。 (3) 可用试渣板判别渣和白铜锍。正常渣流面平整无 气泡孔，而当渣中混入白铜锍时则在渣面上形成大量 的气泡孔，且伴有 SO 2 刺激味的烟气产生。

29 29 出铜操作 转炉放铜作业要求把炉内吹炼好的铜水全部倒入粗铜 包中，送入阳极炉中精炼。粗铜包要经过挂渣处理， 以防高温铜水烧损粗铜包体。 放铜前，确认下炉口宽且平；并要求进行压渣作业， 在出铜口周围形成一道滤渣堤把底渣挡在炉内。 放铜过程中要避免底渣大量地混入粗铜包中，以保证 粗铜的质量。 石英和底渣的混合过程中，要注意安全，以防石英潮湿 “ 放炮 ” 伤 人。 底渣就是粗铜熔体面上浮的一层渣，是由残留在白铜锍 中的铁在造铜期继续氧化造渣，以及造渣期未放净的渣 所组成。

30 30 4 、转炉的开、停炉作业 转炉经一定生产运转周期后，内衬及各部位有局部或 全部被损坏，需要进行局部修补或全部重新砌筑，经 修补或重砌的转炉要组织开炉工作。 A 开炉 烤炉：通过风口插入烧嘴，按制订的升温曲线严格控制升 温保温进程。全新的内衬砖需要 6 ～ 7 天升温时间，使炉内 砌体 ( 砖的表面温度 ) 温度达到 800 ℃时，然后就可以投料作 业。 投料前应熄火停止烘炉，并装好消音器，清一遍风口， 然后将炉口前倾至 60 。 第一炉吹炼应以提高炉衬温度为主，一般不加入冷料， 造铜期应采取连续吹炼作业方式。

31 31 停炉 当转炉内衬残存的厚度低于一定数值，就应停炉重砌。 停炉前先应洗炉。 洗炉，即清除干净炉衬表层的黏结物或不纯物质，使炉衬露出 本体，见到砖缝。洗炉进程： (1) 提前一星期增投熔剂，减投冷料（提温以熔化炉衬表层 黏结物）。 (2) 最后一炉铜的造渣作业再次多投熔剂，进一步提温，而且 造铜期应连续吹炼，加速熔化炉衬挂渣。 (3) 集中洗完最后一炉铜加入造渣期所需铜锍量后，加大熔剂 量约为平时的 1.5 倍，少加或不加冷料进行吹炼。要求将造 渣终点吹至白铜锍含铜达 75 ％～ 78 ％，含铁在 1.0 ％，然后 将渣排净，倒出白锍。可以将几台炉子洗炉时倒出的白铜 锍合并在一台炉中进入造铜期作业。

32 32 5 、转炉吹炼过程中常见的故障及其处理 A 、转炉喷炉的原因及其处理 根本原因：因炉渣发粘形成泡沫渣，体积膨胀引发。 （ 1 ）石英熔剂量不足，使部分 FeO 继续氧化成 Fe 3 O 4 生成磁 铁渣。 处理：追加半包或一包热铜锍，且加入足够量的石英熔剂 后继续进行吹炼作业，使磁铁还原造渣。 （ 2 ）石英加入过量而引起渣黏度增大，且易在渣表层形成一 层絮状物 ( 游离态的石英 ) ，致使气体不易排出，造成喷炉。 处理：追加热锍吹炼，少加石英改变渣型。

33 33 （ 3 ）造铜终点前的喷炉事故 造渣期的渣未排尽。当接近造铜终点时，因热量不够， 表面渣层受冷变黏，把大量气体阻挡在熔体里面，造成 喷炉。 处理：发现有喷炉迹象时，立即将炉子倾转到 0 º 后投入适 量的残极以破坏渣层的凝结性，排放气体，或投入木柴， 使之燃料放热并产生 CO 2 ，破坏渣层的凝结性；也可停风， 倒出底渣后，再继续吹炼。 （ 4 ）冷料投入多而引起喷炉事故 冷料多投起熔体表面温度降低，熔体变黏造成。 处理：减投冷料，适当降风量，加氧量，调整炉子的送风 角度等提温措施，待正常后可恢复以前的作业状况。

34 34 表 2-14 冰铜吹炼的生产数据 表 2-15 粗铜成分的质量分数

35 35  炉渣的贫化： 造锍熔炼炉渣贫化的方法主要有选矿法和电炉贫化法两种， 转炉渣一般采用选矿法。选矿法是将炉渣注入 60~90t 的铸 坑中，经 8~10h 缓冷，便会析出溶于渣中的硫化物，并聚 结成大粒。然后将凝固的炉渣磨细，粒度小于 0.06mm 的 达 90% 以上，送到浮选车间。浮选产出含铜 20% 的渣精矿 和含铜 0.3% 的尾矿。 电炉贫化法是利用电炉高温 ( 炉渣温度 1523~1573K) 过热澄 清，并加入还原剂和硫化剂，使渣中的 Fe 3 O 4 还原成 FeO ， 并且使渣中的 Cu 2 O 被硫化，产出低品位的锍。贫化后的 渣含铜为 0.5~0.6% 。

36 36 复习题 3-1 铜锍的吹炼过程为何能分为两个周期 ? 3-2 在吹炼过程中 Fe 3 O 4 有何危害 ? 怎样抑制其形成 ? 3-3 吹炼过程中铁、硫之外的其他杂质形为如何 ? 3-4 吹炼的作业制度有哪些，如何进行选择 ? 3-5 吹炼排渣和出铜操作时应注意哪些问题 ? 3-6 转炉发生喷炉事故的原因有哪些，应如何处置 ? 3-7 何为转炉过吹，应如何处置 ?